Sauberes Wasser und 16 Mikrowatt: Filtermembran erzeugt auch Strom
Forscher haben eine Membran entwickelt, die kleinste Partikel einfängt und zugleich als Mikrokraftwerk dient. Die Stromausbeute ist aber noch recht gering.
Global gesehen ist Trinkwasser Mangelware. Könnten neue technische Ansätze helfen?
(Bild: Davix / Shutterstock.com)
- Jan Oliver Löfken
Vor der bis Freitag laufenden Wasserkonferenz der Vereinten Nationen warnte eine Studie, dass der Mangel an Trinkwasser rund um den Globus zunimmt. Von dem Nachhaltigkeitsziel, allen Menschen bis 2030 Zugang zu sauberem Wasser zu sichern, sind die Nationen weit entfernt. Zusätzlich zu einem sparsameren und schonenden Umgang mit diesem wichtigsten Lebensmittel überhaupt könnten zahlreiche technische Ansätze gegen einen drohenden Wassermangel helfen. Koreanische Wissenschaftler konzipierten dazu einen speziellen Wasserfilter, der parallel zum Abfischen kleiner Partikel auch noch kleine Mengen an elektrischem Strom erzeugte.
Die Arbeitsgruppe um Ji-Soo Jang vom Electronic Materials Research Center des Korea Institute of Science and Technology in Seoul entwickelte für ihren Prototyp eine mehrschichtige Membran. Diese bestand aus einem organischen Halbleiter – Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Polystyrolsulfonat, kurz PEDOT:PSS – auf einem porösen Trägermaterial. In die obere Schicht lagerten die Forschenden zusätzlich Nanoröhrchen aus Kohlenstoff ein, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Als Bindemittel ergänzten die Wissenschaftler ein Polymer auf Zellulose-Basis (PAA/CMC).
16 Mikrowatt durch Wasserfilter erzeugt
In ersten Versuchen leiteten Jang und Kollegen mit Schwebstoffen verunreinigtes Wasser durch die Filtermembran etwa von der Größe eines Notizzettels. Dabei gelang es, selbst winzige Partikel mit bis zu zehn Nanometer Durchmesser zu mehr als 90 Prozent aus dem Wasser zu filtern. Während des Fließens durch die Membran verursachten die im Wasser gelösten Ionen einen kleinen Stromfluss. Dieser konnte durch zwei an die Membran angeschlossenen Elektroden abgegriffen werden und erreichte Leistungswerte von bis zu 16,44 Mikrowatt.
(Bild: Ji-Soo Jang et al.)
Diese Experimente zeigten, dass der filigran strukturierte Wasserfilter einen Großteil der Verunreinigungen beseitigten und parallel einen kleinen Stromfluss erzeugen konnte. In weiteren Versuchen wollen die Forschenden größere Filterflächen nutzen und damit die Stromausbeute steigern. Länger laufende Testreihen müssen aber noch zeigen, ob die Filtermembran nicht allzu schnell verstopft oder zumindest einfach zu säubern ist. Dann ließe sich beispielsweise trübes Wasser in Regionen ohne Wasseranschluss oder auf Wanderungen in freier Natur filtern. Der parallel gewonnene Strom könnte immerhin ausreichen, um einzelne Leuchtdioden zu versorgen oder über viele Stunden eine Smartphone-Batterie teilweise aufzuladen.
(jle)